Portance 1/3

I – Introduction

Alors que nous discutions de l’hydrofoil testé par Eric Tabarly en 1976, une amie me demanda : « s’il fallait expliquer comment est générée la portance, est ce que tu pourrais le faire ? ». Oui bien sur ! Ensuite, à bien y réfléchir, je n’en étais plus très sûr… Je dois l’avouer, au début de ma passion pour les voiliers volants (au siècle dernier), j’ai cru à l’explication basée sur le théorème de Bernoulli ! Puis j’ai compris qu’il y avait un « hic ». Mais je n’ai pas vraiment cherché plus loin !

Voici le sommaire de cet article qui, du fait de sa longueur, sera diffusé en 3 parties :

Partie 1/3

I – Introduction

Sommaire

Un monde ailé

Théories et théoriciens….

Air & eau ?

II – Théorie basée sur l’effet ricochet

III – L’explication populaire

IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Partie 2/3

V – Théorie basée sur l’effet Coanda

VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski

VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Partie 3/3

VIII – La théorie de Hoffman & Johnson

IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman

X – Théories non développées

XI – Pour essayer d’y voir plus clair !

XII – Portance « sur l’eau »

XIII – Conclusions

Remerciements

 
Un monde ailé !

« Mais je n’ai pas vraiment cherché plus loin » ! Pourtant, que trouve t’on le plus sur un voilier ? Des ailes ! Qu’ils soient volants, ou non, les voiliers sont équipés au minimum d’une aile. Certains n’en ont qu’une comme les fabuleux Patins Catalan, d’autres beaucoup plus… Les moteurs de nos voiliers, planches, kites… sont des aérofoils. Sous la surface nos engins sont aussi ailés : quilles, dérives, safrans, foils…

Tony Blanco Casañas sur son patin Catalan – photo via Tony Blanco Casañas

Cette question de l’explication de la portance ne concerne pas que les amateurs de voiliers. En regardant un avion passer dans le ciel, en attachant notre ceinture à bord d’un coucou ou d’un gros porteur, nous sommes nombreux à nous demander « comment ou pourquoi ça vole » ? Il est étrange qu’alors que chaque jour environ 80 000 vols commerciaux parcours le ciel, nous nous posions cette question ! Etrange aussi que le site de la Nasa ne donne pas une explication claire et préfère expliquer en quoi certaines théories sont erronées.

Toujours dans le monde mécanique, nous voyons de plus en plus d’éoliennes « fleurir » dans ce cas, ce n’est pas l’aile qui se déplace, même si c’est vrai qu’elles pivotent autour de leur axe, mais le vent qui se déplace (tout est relatif !).

En parlant d’ailes qui pivotent autour d’un axe, l’érable, l’orme, le frêne… produisent des fruits à hélice ou Samares qui profitent du vent pour disséminer leurs graines. Et oui, les oiseaux ne sont pas les seuls à avoir inspirés les pionniers de l’aviation. Ignaz Etrich, pionniers des vols planés, prit modèle sur la graine des Zanonie (Alsomitra macrocarpa) pour réaliser un de ses « glisseurs ». Les frères Horten aussi. Cette graine des îles du Pacifique possède une voilure en forme de boomerang de quinze centimètres de long. Par jour de grand vent, ce dispositif lui permet de passer d’île en île, sur des distances de dizaines de kilomètres !

Samares de l’érable – photo F Monsonnec
Zanonia macrocarpa photo Scott Zona
Glider de Ignaz ou « Igo » Etrich vers 1906 – livre The Delta Wing Alexander Lippisch

Quittons le monde végétal pour le monde animal. La Vélelle (Velella velella), longtemps prise pour une méduse, est en réalité une colonie de Polypes surmontée d’une aile transparente qui voyage sur les mers chaudes. La Physalia physalis, qui elle est une vraie méduse, navigue aussi à l’aide de son aile, mais gonflable !

Velella – photo Jamie McMillan
Physalia physalis – photo Joel Wooster

Bref, nous sommes entourés d’ailes aériennes ou sous marines qui peuvent avoir une multitude de nom suivant leurs fonctions : dans l’air, aile, aérofoil, plan porteur, voile, cerf volant, pale, déflecteur…. Dans l’eau dérive, déflecteur, nageoire, foil, safran… et nous ne savons pas vraiment comment elles fonctionnent ! Bien entendu, nous n’avons pas besoin d’assimiler le fonctionnement des lois de la nature pour les utiliser. Les oiseaux n’étudient pas la théorie de la portance avant de s’élancer du nid (enfin, je ne le pense pas, si un oiseau lit Foilers… ). Pourtant, je ne sais pas pour vous, mais moi, cela me titille !

Théories et théoriciens….

De nombreux chercheurs ont essayé de comprendre et de mettre sous forme d’équations la portance et la traînée. Car s’intéresser à la portance, c’est aussi découvrir comment il est possible d’obtenir un rapport portance / traînée qui soit le plus grand possible. Difficile de citer tous ceux qui ont travailler sur la question. Voici une petite galerie de portraits de chercheurs qui par leur travail, ont permis d’avancer dans la compréhension de la portance. Même si son nom n’est pas évoqué par la suite, j’ai incorporé une photo de Sir George Cayley. Ses travaux ont fortement participés à la compréhension de la portance. Cet ingénieur anglais, que certains considèrent comme le premier vrai chercheur scientifique en aéronautique, est le concepteur du premier planeur. Il a découvert et identifié les quatre forces aérodynamiques du vol : poids, portance, traînée et poussée. La conception des avions modernes est basée sur ses découvertes, y compris les ailes cambrées !

Isaac Newton – Daniel Bernoulli – Leonhard Euler Jean Le Rond d’Alembert – Giovanni Battista Venturi – Sir George Cayley – Claude Louis Marie Navier

 

Georges Gabriel Stokes – Nikolai Egorovich Zhukovsky – Martin Wilhelm Kutta – Ludwig Prandtll – Henri Marie Coanda – Claes Johnson – Johan Hoffman

L’explication de la portance est complexe et se prête difficilement à la simplification. Elle fait appel aux lois de Newton, aux équations de Bernoulli, celles de Navier-Stokes et d’Euler, aux travaux de Kutta-Jukowski… ! Rares sont ceux (dont je fais partie) qui maîtrisent ces notions. Malgré ces difficultés, je vais essayer de présenter de manière simple, les différentes théories avancées pour expliquer le fonctionnement des ailes aériennes et sous-marines. Donc, au risque de faire des erreurs et de heurter les plus au fait de la science… Je vous l’accorde, je m’attaque à un « gros morceau » !

Parmi ces théories, certaines sont inexactes mais elles ont leurs défenseurs. En effet, le débat sur l’origine de la portance n’est pas clos… Le fait que certaines théories erronées restent vivaces est assez logique. Le phénomène n’est pas simple, alors lorsque vous avez découvert une explication qui semble fonctionner – et que vous la comprenez – il vous est difficile d’admettre qu’elle est incorrecte ou incomplète. Incomplète, car bien souvent ces théories se basent sur un ou plusieurs phénomènes bien réels.

Air & eau ?

Mais peut-on partir à la découverte de l’explication de la portance sans distinguer ce qui se passe dans les airs et sous l’eau ? « Ben non m’sieur, l’eau est au moins 850 fois plus dense que l’air, pfffff ». Pour le calcul du nombre de Reynolds, cette différence est compensée par le fait que les corps sous-marins sont plus petits. Prenons par exemple ce qui se passe autour d’un engin de vitesse comme Sailrocket 1 (ou 2). Le foil de Sailrocket 1 a grosso modo une corde de 25 cm, son aile aérienne, a une corde de 2 m dans sa partie la plus large (le bateau mesure 12.20 m). En terme de nombre de Reynolds, qu’obtenons-nous ?

Vestas Sailrocket 1 – photo DR site Vestas Sailrocket

Rappel

Re=(v*d*µ)/n

v : vitesse, d : distance caractéristique, µ : masse volumique du fluide, n : viscosité dynamique

Foil

  • Vitesse : 47,4 nœuds (déc. 2008), soit 24.38 m/s
  • Largeur estimée foil : 0.25 m
  • Densité eau de mer en kg/m3 : 1025 (salinité de 35 g/kg, T° 20°C, 1 atm)
  • Viscosité dynamique eau de mer : 1,07 x 10-3 kg/m.s (20 °C, 1 atm). Je sais à Walvis Bay, l’air et l’eau ne sont pas à 20°C !!!
  • Nombre de Reynolds : 5 840 000

Aérofoil

  • Vitesse : 50 nœuds, soit 25.72 m/s. La vitesse du vent apparent sur la voile de Sailrocket est une estimation. Lors de leur grand vol plané, le vent était de 23 nœuds et le vent apparent d’environ 50 nœuds…
  • Largeur estimée aile rigide : 2 m
  • Densité air en kg/m3 : 1.197 (70% HR)
  • Viscosité dynamique air : 1,8 x 10-5  kg/m.s (20 °C, 1 atm)
  • Nombre de Reynolds : 3 420 000

Ou la la, c’est pas pareil (à une vache près) ! Non, mais « comparable » ! On sera de toute façon sur une bonne partie du profil en régime turbulent. Nous pouvons donc, en terme de portance, comparer ce qui se passe sous et au dessus de l’eau dans une assez grande plage de caractéristiques. NB : la compressibilité du fluide ne joue presque pas de rôle dans la portance La compression de l’air n’occasionne que des erreurs inférieures à 0.5% pour une vitesse inférieure à 150 km/h (merci Dr Goulu !).


II – Théorie basée sur l’effet ricochet

La portance à pendant longtemps été expliquée comme étant semblable au phénomène qui permet à un joli caillou plat, manipulé par une main experte, de faire un pied de nez à Archimède ! Cette théorie du ricochet est basée sur l’idée que la portance serait due à l’énergie développée par les molécules qui « frappent » le dessous du plan porteur. Elle fait référence à la troisième loi de Newton : lorsqu’un solide A exerce une force sur un solide B, le solide B exerce sur le solide A, la force directement opposée. Même si dans le cas de la « pierre surfeuse » l’explication fait appel à bien d’autres lois de la physique…

Oui mais

Cette explication ne prend en compte que l’interaction du fluide avec la surface inférieure de l’aile. Elle suppose que toute la portance est générée par l’intrados, ce qui est totalement erroné. Il a été démontré qu’environ 75% de la portance est liée à l’extrados (pourcentage bien entendu fonction de nombreux éléments comme la forme du profil).

Ricochet via site Philippe Boeuf

Remarques

  • Cette théorie correspond à ce qui se passe en surf ou en ski nautique !
  • Dans des cas très particuliers, comme certains régimes de vol où la vitesse est très élevée et la densité de l’air très basse, une faible quantité de fluide est en contact avec l’extrados. Dans ce cas, une partie de la portance est bien fonction de la capacité du plan porteur à « ricocher » ! Ces conditions sont celles de la navette spatiale pendant une partie de la phase d’entrée dans l’atmosphère (conditions hypersoniques). Sans oublier (merci Xavier) d’autres engins qui utilisent la même capacité à « ricocher », le XB-70 Valkyrie et le X-43 A, dont Gurval (et non Xavier comme noté jusqu’au 11/12 dans cette article !) à déjà parlé dans son excellent article, La ventilation : Un peu d’air dans ce monde de fluide !
Entrée navette dans l’atmosphère – site Nasa

Exemple de site développant cette explication

Calipso

III – L’explication populaire

Cette théorie basée sur le théorème de Bernoulli peut aussi être appelée « théorie du temps de transit équivalent ». Cette explication est celle qui est la plus souvent avancée par ce qu’elle est simple à comprendre. Cette thèse s’appuie sur le fait que, dans la majorité des cas, la partie supérieure des ailes a une corde de longueur supérieure à celle de la partie inférieure. Imaginons deux molécules qui seraient séparées par le bord d’attaque d’une l’aile. La molécule qui passe au dessus de l’aile, va parcourir plus de distance que son « ex-voisine » qui passe en dessous du profil. En se basant sur le fait que la nature a horreur du vide (même ce point est décrié, et à juste titre !), il nous est expliqué que ces deux molécules devraient se retrouver en même temps derrière le profil. Pour ce faire, celle qui a été dirigée vers la voie supérieure (pas la mère ou la mer supérieure… !), devrait voir sa vitesse augmenter pour être à l’heure au rendez-vous. Le théorème de Bernoulli dit qu’à altitude égale la pression d’un fluide diminue quand sa vitesse augmente et inversement. La survitesse sur l’extrados entraînerait donc une dépression (aspiration). De plus, la molécule qui elle se déplace sur l’intrados voit sa vitesse ralentir (puisque le plan porteur représente un obstacle), ce qui engendre une surpression.

Oui mais

La loi décrite par Daniel Bernoulli, qui traduit le principe de la conservation de l’énergie dans les fluides, intervient bien dans le phénomène qui nous intéresse. Mais cette explication, bien trop souvent citée, est trop simple pour être complète ! Un avion disposant d’ailes planes peut voler, de même que les avions munis d’ailes au profil symétrique (donc avec une même corde sur l’intrados et l’extrados).

On sait que le gréement d’un voilier est une aile qui génère de la portance. Pourtant, à quelques centimètres près (liés à la présence du mat), l’intrados et l’extrados d’une voile sont de même longueur !

Enfin, des essais en tunnel ont montré qu’en réalité le courant de l’extrados arrive avant celui de l’intrados !


Remarques

  • Petite anecdote que j’ai trouvé sur un site qui présente une biographie de Daniel Bernoulli : alors que Daniel Bernoulli voyageait avec un homme cultivé qui ne savait pas qui il était, celui-ci lui demanda son nom : « Je suis Daniel Bernoulli ». L’homme, croyant à une plaisanterie, répondit : « Et moi je suis Isaac Newton ». Cette histoire, disait Daniel Bernoulli, m’a fait plus plaisir que tous les honneurs !
  • Je comptais mettre comme élément allant à l’encontre de cette théorie, le fait que si cette explication était exacte, comment pourrions nous expliquer le fait qu’un avion de voltige ne tombe pas lorsqu’il vole à l’envers (la portance de l’aile étant alors théoriquement dirigée vers le bas) ? J’aurais stipulé que les avions de voltige ont des profils presque symétriques. Mais Xavier m’a fait remarquer qu’un profil symétrique développe de la portance seulement s’il a une incidence. Et le vol sur le dos sur un avion de voltige se fait avec une forte incidence (la queue est bien plus basse que l’aile)…Et dans ce cas, le point d’arrêt se décale sur le bord d’attaque et donc la distance à parcourir sur l’extrados est bien supérieure a celle parcourue sur l’intrados : donc point à éviter !
Profil avion de voltige – livre Understanding flight David F Anderson – Scott Eberhadrt


Exemple de sites développant cette explication

Peur avion

Pierre Garde

TPE aéro

Aviation passion

C’est pas sorcier

Centre de vol à voile de Saint Florentin – Cheu

Liens spécifiques voile

Learn Sailing

Creating lift and avoiding drag

IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Les défenseurs de cette théorie mettent en avant l’idée que la surface supérieure d’une aile agirait comme un venturi qui accélèrerait le flux. Cet effet bien réel porte le nom de son découvreur, Giovanni Battista Venturi. Le théorème de Bernoulli permet d’expliquer ce phénomène : puisque le débit de fluide doit être constant (la nature à horreur…) et que la surface de passage diminue, la vitesse augmente nécessairement (du fait de la conservation de l’énergie). L’augmentation d’énergie cinétique se traduit par une diminution d’énergie élastique, c’est-à-dire une dépression. Notre plan porteur faisant obstacle au flux, il y aurait resserrement du flux et augmentation de la vitesse sur la partie supérieure du plan. Il découlerait de l’accroissement de la vitesse une pression inférieure sur l’extrados, d’où création de portance…

Oui mais

Cette théorie, qui rejoint celle de Bernoulli, est basée sur l’idée qu’un plan porteur agirait comme un col venturi. Avec une surface de départ (ou zone de passage du flux) importante, une surface diminuée et enfin, de nouveau une augmentation de la surface. Mais un plan porteur n’est pas un col venturi. Il n’y a aucune autre surface pour représenter l’autre moitié du col ! Certains documents avancent le fait que les « couches d’air » supérieures remplaceraient l’absence de surface au dessus du plan pour matérialiser le col venturi ! Cette théorie impose un resserrement du flux, ce pourrait être le cas sur l’extrados, avec un resserrement entre le bord d’attaque et la zone d’épaisseur maximum, mais ce ne l’est pas le cas sur l’intrados de profils asymétrique. Intrados qui entre tout de même pour ¼ dans le développement de la portance.

Si vous doutez encore de l’inexactitude de cette théorie, sachez qu’il a été démontré qu’une plaque plane peu générer de la portance (au prix d’une forte traînée, c’est vrai). Dans ce cas, l’effet venturi serait complètement absent puisqu’il n’existe aucun resserrement ! Et pourtant il est possible de faire voler un « avion » muni de surfaces portantes plates : comme un fer à repasser volant ou une tondeuse à gazon !

Fer à repasser volant de « Christian et André » – site http://www.cournonblog.fr/2010/2010griffons.php


Exemple de sites développant cette explication

Sportflying – Flight training manuel

(Voir en bas de page 26, les dessins expliquant l’origine de la portance)

Rabat Maroc Aviation

Le pilotage Choletais

Estaca aviation

Scientibus

 

A suivre…

Cet article étant « un petit peu beaucoup » long, je vous propose de découvrir les prochaines parties dans quelques semaines… Avec si besoin, un « Ptites News » intercalé histoire de ne pas passer à côté d’une actualité et pour rajouter un peu de suspens !

La suite se trouve ici !

Mais vos premières remarques sont les bienvenues.

Les obstacles…

Un problème va se présenter à tous les voiliers pourvus de foils naviguant à haute vitesse en pleine mer. C’est la rencontre avec un OFNI (Objet Flottant Non Identifié).

C’est un fait, la mer est parsemée de déchets, d’obstacles et autres, allant de l’algue au container perdu. Cela a déjà coûté de nombreux voiles de quille durant le Vendée Globe, la perspective de bateaux tels l’hydroptère maxi déboulant à plus de 40nds sur un OFNI est à anticiper. La récente forte médiatisation du « 6ème continent de déchets », montre que certaines zones de fortes concentrations font que statistiquement, il faut envisager une rencontre.

Les types d’obstacles

Pour essayer d’être complet et d’envisager toutes les possibilités, on peut classer les obstacles en 3 sous-catégories. J’ai élaboré ces catégories principalement en fonction des solutions à appliquer.

Les obstacles de type I sont de petites dimensions (inférieure à 30cm) et mous. Ce sont les algues, les petits poissons, des déchets humains variés (bouteille plastique, lien de pack de bière, sac plastique…) ainsi que biologiques.

Ceux de type II sont de grandes dimensions (1m < longueur + largeur + hauteur < plusieurs dizaines de mètres) et rigides. Ce sont des mammifères marins (baleines), des déchets flottant ou semi-immergés (drums de 200l, billes de bois, container tombés lors de tempêtes), des icebergs voire tout simplement d’autres embarcations (de la barque de pêche au sous-marin nucléaire).

Une dernière catégorie, type III, est nécessaire pour regrouper les obstacles peu volumineux, peu rigides mais ayant une très grande longueur. Ce sont les forêts de kelp, les filets dérivants (abandonnés ou pas), des aussières en polypropylène (qui flotte), les cordes reliant les casiers à leurs flotteurs, les fermes aquacoles à la dérive…

Les solutions

Type I

Les obstacles de type I ne sont pas dangereux structurellement, mais les plus déformables d’entre eux vont se coller aux foils (généralement en restant bloqués à cheval contre le bord d’attaque) et dégrader leurs performances.

On peut envisager des bords d’attaque avec un très faible rayon (très pointus) afin de trancher les algues et autres. Mais les profils performants aux faibles vitesses ont plutôt des bords d’attaque épais. De plus, ces obstacles sont très souples et possèdent peu d’inertie, ils ont donc vraiment tendance à épouser la forme du foil sans se casser, il est très dur de couper un objet mou non tendu (jetez une cordelette de 20cm sur un sabre…).

La deuxième solution est de faire les bords d’attaque en flèche, de manière à ce que l’obstacle glisse vers le saumon et s’évacue. Mais une fois qu’il a épousé le profil, le déchet ne subit plus que très peu d’efforts puisqu’il se trouve dans la couche limite. Toutefois, cette solution reste nécessaire, du moins on évitera tout « piège à crasse » et flèche négative sur les appendices. Les windsurfers connaissent bien les « ailerons anti-algues » (exemple gamme Select).

Ailerons « anti-weed » de la gamme Select

Pour les voiliers les plus grands destinés à croiser au large, on peut envisager un système automatique « balayant » le profil. La commande d’un tel système peut être assez simple : 2 ou 4 jauges d’effort mesurant les flexions du foil dans deux directions.

En vert, les jauges permettant de connaître la portance disposées sur l’intrados et l’extrados), en rouge celles permettant de connaître la traînée. On en déduit le rapport Cz/Cx. Ce système peut être complexifié (rajout d’une sonde de vitesse) ou simplifié (se servir de seulement 2 jauges au lieu de 4)

Cela permet de connaître le rapport Cz/Cx (coefficient de portance/coefficient de traînée). On mesure la polaire en condition normales (exemple de polaires).

Exemple de deux polaires de foils. Ici, CL=Cz et CD=Cx

Dès que le calculateur mesure, pendant plusieurs secondes, un point qui est en dessous de cette polaire (Cx trop élevé), il décide de balayer un coup ou de déclencher une alarme. Si le système mesure un point au dessus de cette polaire, cela signifie qu’il a buggé. Ou alors que le foil a une conception tellement atypique qu’un obstacle diminue son Cx… J’ai imaginé rapidement 2 systèmes de « balayage ».

Navette glissant le long du bord d’attaque. Cette solution ne fonctionne pas pour les foils à fences. Toutefois, elle serait utile pour nettoyer les moucherons collés sur les bords d’attaques des planeurs et dégradant leurs performances.
Ici, c’est (en rouge) un câble noyé dans le bord d’attaque, attaché à l’extrémité du foil, qui, lorsqu’il est tendu (son deuxième point d’attache est à l’avant du flotteur), entraîne avec lui les algues et augmente la flèche apparente, les algues glissent donc vers la pointe du foil. Ceci effectué, le point d’accroche supérieur reviendrait en position et le câble se relogerait dans le "BA"

Type II

Les obstacles de type II sont les plus impressionnants. Comme l’écrit C. Tisserand :

 » … Il ne faut pas perdre de vue non plus, même par mer calme, les accidents qui peuvent être causés aux ailes marines par les corps flottants : il n’y a en effet aucune commune mesure entre heurter un « fût de 200 litres » avec l’étrave d’un « classe III » à 10 nœuds et avec une aile marine à 25 nœuds ! Il n’y a aucun espoir d’arriver jamais à réaliser une structure résistant à un pareil choc. Il est nettement préférable de rechercher des structures « effaçables », c’est-à-dire dont les ailes marines peuvent se replier vers l’arrière en cas de choc, avec un minimum de dégâts (rupture d’un câble par exemple)…”

La solution de l’effacement (foil articulé, tel un safran de voile légère) ne me paraît pas judicieuse à haute vitesse (plus de 30nds), car l’inertie du foil (pièce massive car reprenant des efforts très élevés, foil de l’Hydroptère : 240kg, 6 m) l’empêchera de pivoter suffisamment vite. Un peu comme si vous lanciez en l’air une brique et la frappiez avec une batte de base-ball : la brique est libre de se déplacer (le foil peut pivoter) mais son inertie fait que l’impact sera élevé et causera sa destruction. De plus, l’effacement induit une perte de portance brutale qui peut être très problématique (crash d’un hydroptère ou envol d’une aile d’eau). Mais ce volume important, qui rend ces obstacles si terrifiants, est aussi leur point faible : il permet une détection très aisée. C’est là que le groupe Safran (Sagem) entre en jeu, avec son détecteur d’OFNI. Ce système fonctionne via une caméra infrarouge, a l’avantage d’exister mais est peut-être trop high-tech pour le plaisancier. Ce genre de système, reposant sur une caméra dont les images sont stabilisées (gyroscopes, accéléromètres…), et éventuellement un logiciel de reconnaissance de formes, est plus dans l’univers de la défense anti-missiles (dont il est d’ailleurs issu) que du nautisme.

On peut par contre envisager un sonar, voire un sonar 3D, immergé et dirigé vers l’avant (par exemple intégré dans le bulbe de liaison d’un foil en T). Lorsque le sonar détecte un obstacle, il émet une alerte ou commande un changement de cap au pilote automatique, et ce jusqu’à ce que l’obstacle ne soit plus détecté. Le pilote reprend le cap une fois que le GPS indique que le voilier a parcouru deux fois la distance de détection du sonar…Le système peut même être raffiné afin que le pilote abatte quand le bateau est au près, et lofe quand le cap à suivre est au largue, évitant ainsi tout virement/empannage impromptu. L’inconvénient de ce sonar est qu’en cas de mer formée, il sera peu en mesure de détecter un obstacle flottant avec peu de tirant d’eau (ex : grande planche de bois à la surface). Les obstacles à la surface peuvent par contre être vus par le barreur, qui sera éventuellement assisté d’une caméra (infrarouge pour la nuit) disposée en hauteur. Plus spécifiquement pour les cétacés, des systèmes dits « pinger » existent déjà. Ces systèmes, se basant sur des sondeurs classiques, avertissent (ou plutôt font fuir) les cétacés. A noter que le sonar précédemment évoqué sert aussi de pinger.

Type III

Non en réalité, ce sont les obstacles de type III qui posent le plus de problèmes. Ce sont quasi exclusivement des dispositifs de pêche, et ils sont très répandus, sur toutes les mers du globe. Leur faible volume interdit la détection automatique par un moyen simple et fiable. Ne reste plus donc que la solution de l’effacement, et du bord d’attaque tranchant. A quelle occasion de l’histoire aéronautique, ce problème de résister à des câbles a t-il déjà été posé? Hé bien, comme quasiment tout en aéronautique, lors de la 2nde guerre mondiale.

« Fin juin 1944, les Allemands s’aperçurent que les Britanniques commençaient à dresser des rideaux de ballons captifs le long des côtes, ainsi qu’à la périphérie de Londres et des principales agglomérations visées, pour déséquilibrer les V1 et les faire chuter prématurément. Les câbles retenant ces ballons endommageaient ou sectionnaient les ailes des missiles, provoquant leur perte de contrôle. Les Allemands installèrent donc une lame tranchante sous le revêtement du bord d’attaque des ailes, pour trancher les filins retenant les ballons, évitant ainsi l’endommagement ou l’arrachement de la voilure. La parade se révéla si efficace que les Anglais perdirent 630 ballons durant l’offensive V1 contre l’Angleterre » (voir information issues du site Association Fort de Litroz-DR). On peut citer aussi le Northrop XP-79 « Flying ram ».

Northrop XP-79 « Flying ram »

Les premiers jets étant bien plus rapide que les bombardiers à hélice qu’ils devaient abattre (+ 400km/h), et ne disposant que de canons à courte portée (600m), il était difficile pour les pilotes de ne pas percuter leurs cibles. Cet avion devait donc être équipé de bords d’attaque en magnésium de 1,9 cm d’épaisseur, non pas comme technique principale d’attaque, mais « au cas où ». Autre projet, resté lui sur la planche à dessin, le « Zeppelin rammer ».

Projet « Zeppelin rammer »

Ce petit « planeur » devait être remorqué par un chasseur, largué à bonne altitude, puis il allumait son moteur-fusée à combustible solide, effectuant une première attaque classique (roquettes),  puis une seconde en percutant sa cible avec ses ailes renforcées. Il y a au moins deux cas d’avions (Fouga Magister et EA-6B) ayant coupé des cables de remontées mécaniques avec leurs dérives et ayant continué leur vol sans problème. Bien d’autres cas impliquant des avions et des lignes électriques ou téléphoniques existent. Des couteaux en acier traité, disposés à l’intérieur de la stratification du bord d’attaque d’un foil, permettraient donc d’avoir un bord d’attaque épais, mais résistant à un obstacle de type III, le tranchant s’il oppose suffisamment de résistance. Sinon, le voilier perd juste progressivement de la vitesse, et un « balayage » peut être effectué. En cas de choc violent suivit du « tranchage » de l’obstacle, cela se fait au prix d’une légère détérioration du profil (la matière englobant localement la lame est enfoncée/arrachée). On pourra, après arrêt, réparer sur place (il existe des mastics et époxy pouvant être appliquées sous l’eau).

Un des cocktails de solutions possible

Un foil en légère flèche, équipé de lames aciers noyées dans le bord d’attaque, et d’un sonar relié au pilote automatique, me paraît être un système simple, réalisable facilement et permettant de régler le problème de la plupart des obstacles rencontrés au large.

Toutefois, des systèmes plus complexes (balayage automatique des algues, meilleure détection, tir de torpille préventive ^^) restent à mettre au point. Avec l’augmentation de la vitesse des grands voiliers océaniques, et l’hécatombe qui s’en suit au niveau des voiles de quille, dérives et safrans, il y a fort à parier que l’innovation viendra de ce domaine où les budgets sont élevés, plutôt que du monde des foilers.

Ps : j’ai lu ici (pages 2,3,4) la possible présence d’un sonar sur l’Hydroptère mais sans pouvoir vérifier l’information et définir ses capacités. En savez-vous plus

Par Xavier Labaume 05-2010

Morceau choisi d’Alinghi 5

En me promenant cette après-midi dans ma bonne ville de Genève, quelle ne fut pas ma surprise de découvrir ça :

Oui, il s’agit bien d’un des mystérieux dérives/foils courbes qu’on a vu au dévoilement d’Alinghi 5. La pièce est marquée « entrée libre » car elle est placée à l’entrée de l’exposition « D’Altaïr à Alinghi – La saga des multicoques du Léman » à voir à l’espace SIG du Pont de la Machine jusqu’au 25 mars.

Voici ce qu’on peut lire sur la plaque à côté de la chose:

Dérive d’Alinghi 5. D’une longueur de huit mètres pour un poids d’une demi-tonne, la dérive en « S » d’Alinghi 5 propose une géométrie variable en fonction des conditions météorologiques. Entièrement immergée par vent faible, elle offre ainsi un plan antidérive maximal. Puis, lorsque la brise – et la vitesse – augmentent, la dérive est partiellement relevée et la poussée devient plus verticale, ce qui permet de soulager les coques et d’augmenter  la vitesse. La dérive a donc la forme d’un « S » par vent faible, et d’un « C » lorsque la vitesse augmente. Une grande partie du poids du voilier – environ 15 tonnes – repose sur cet appendice construit en fibre de carbone. »

Info « grand public » donc, mais on aurait bien aimé savoir pourquoi Alinghi ne l’a pas utilisée en course… Ceci doit cependant intéresser quelqu’un car un morceau du bord d’attaque a carrément été scié de façon assez barbare d’ailleurs, ce qui ma permis de photographier ses tripes de carbone (désolé, c’était avec mon téléphone portable…) :

J’ai pris encore deux photos : celle ci, et celle là. Comme ça il restera quelque chose de ces pièces impressionnantes  qui n’auront servi que quelques heures…